周鵬

（華僑大學 信息學院，福建 廈門 361021）

圖文菜單界面是一種操作簡便、高效的交互形式，現已在各類嵌入式應用系統(tǒng)中廣泛采用，如智能電子產品（智能測試儀、智能手機），它成為系統(tǒng)功能的”標準配置”。隨著單片機功能的提高和帶中文字庫的液晶顯示器成本降低，單片機系統(tǒng)上應用圖文菜單已成為可能[1]。

本文設計了基于 STC12C5A60S2（簡稱 STC12C）單片機的圖文菜單交互式系統(tǒng)，系統(tǒng)以圖文菜單驅動系統(tǒng)功能（時間顯示、溫度顯示和周期/頻率顯示），系統(tǒng)操作直觀、簡便。

1 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)由內置增強型8051的STC12C單片機、數字溫度傳感器DS18B20、時鐘芯片DS1302、液晶顯示器LCD12864（ST7920）和獨立鍵盤電路組成，如圖 1所示。STC12C單片機運行交互式程序，是系統(tǒng)的核心；數字溫度傳感器測試溫度；時鐘芯片輸出時間；單片機內置的可編程計數器陣列模塊（PCA）用于測周期/頻率；液晶顯示器顯示系統(tǒng)界面和被測參數。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.1 單片機系統(tǒng)

單片機系統(tǒng)由STC12C單片機、時鐘電路和復位電路組成，如圖2所示。STC12C單片機主要參數如下[2]：內置60 KB的Flash程序存儲器；片內集成1 280 B數據存儲器；2個 16 bit定時器/計數器，內置兩路 PCA模塊，可用于外部脈沖的捕捉、軟件定時和高速輸出，即實現外部信號的周期/頻率測試。

1.2 測周期/頻率電路

測周期/頻率電路由STC12C單片機內置兩路可編程計數器陣列（PCA）模塊構成，PCA工作在捕捉模式時實現，如圖3所示。

圖2 STC12C單片機系統(tǒng)結構圖

PCA測周期/頻率的原理為[3]：將 CAPPn或 CAPNn（n=0，1）置 1，外部信號由 P1.3（n=0）或 P1.4（n=1）輸入，同時將 CCON中的 CCFn（n=0，1）和 CCAPMn中的ECCFn（n=0，1）置 1，當電路采樣到外部信號的邊跳沿（上跳沿、下跳沿或上/下沿），則引起中斷。如設置為上跳沿中斷，當信號的第1個上跳沿來到，引起中斷觸發(fā)定時器T1計數；當信號的第2個上跳沿來到，引起中斷觸發(fā)定時器T1停止計數；讀取計數值，根據機器周期算出被測信號的周期和頻率。

圖3 PCA模塊結構原理圖

1.3 數字測溫/時鐘電路

數字測溫電路由數字溫度傳感器DS18B20組成，如圖4所示。它具有以下特點[4]：（1）測溫范圍為-55℃～+125℃，最高12位分辨率，精度可達±0.5℃；（2）可通過編程的方式實現9～12位的數字溫度直讀；（3）可設置超限溫度報警，并有搜索命令識別報警條件；（4）單總線接口，僅需一條輸入輸出線（DQ）就能與單片機（P1.0）進行通信。

圖4 DS18B20數字測溫電路

時鐘電路由時鐘芯片DS1302組成，如圖5所示。它是一種高性能、低功耗、采用三線接口的實時時鐘電路，可對時間和日期進行計時[5]。

圖5 DS1302時鐘電路

1.4 液晶顯示電路

顯示器選用帶中文字庫、內置ST7920控制芯片的液晶顯示器LCD12864，實現系統(tǒng)的圖文界面和運行狀態(tài)顯示，是重要的硬件接口。LCD12864與單片機接口電路如圖6所示。

圖6 LCD12864與單片機接口電路

LCD12864由 DDRAM（顯示數據 RAM）、CGROM（字型產生ROM）、CGRAM （自定義字型產生 RAM）和GDRAM（繪圖 RAM）等組成[6]，DDRAM 和 GDRAM 是本系統(tǒng)圖文菜單顯示的主要模塊。

DDRAM提供64×2個位元組的空間，最多可控制4行16字（64個字）的中文字型顯示，當寫入顯示數據RAM時，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示HCGROM字型 （半角）、CGRAM字型及 CGROM的中文字型3種字型。液晶顯示器屏幕坐標（AC地址）與DDRAM地址的對應關系如表1所示。

表1 屏幕AC地址與DDRAM地址的對應關系表

GDRAM提供64×32 B的空間，實際可控制 128×64點陣的二維繪圖緩沖空間。GDRAM的二維地址與液晶屏幕坐標的對應關系如圖7所示。

1.5 鍵盤/報警電路

鍵盤電路由3個獨立按鍵組成，分別對應菜單的圖標上下移動、確定和返回功能，如圖8所示。系統(tǒng)以巡回方式查詢是否有鍵按下并由軟件判定是何鍵按下，并執(zhí)行相應的功能。

圖7 GDRAM二維地址與屏幕坐標的對應關系圖

報警電路（如圖 9所示）由 PNP三極管（9012）、蜂鳴器及單片機的控制引腳（P21）組成。當溫度超限，P21引腳輸出一定頻率的信號，觸發(fā)蜂鳴器工作從而實現報警。

圖8 獨立鍵盤電路

圖9 報警電路

2 系統(tǒng)軟件設計

程序采用模塊化設計，流程框圖如圖10所示。

圖10 程序流程框圖

系統(tǒng)主要函數如下。

2.1 液晶顯示器函數

液晶顯示器函數包括液晶顯示器底層驅動函數、中西文字符顯示函數和打點/繪線函數。

（1）驅動函數

TestLcdIdle（）、WriteLcdCommand（）、WriteLcdData（）和ReadLcdData（）分別為液晶顯示器的忙檢測、寫入命令、寫入數據和讀出數據。

（2）中西文字符顯示函數

Set DdramDot、DisplayDdramChar（）和 DrawGdramSelfChar（）分別為設定顯示中文字符的坐標起點、中西文字符顯示和自定義字符顯示。

（3）打點/繪線函數

SetGdramDot（）、DrawGdramLine（）和 DrawGdramCircle（）分別為描點、畫線和畫圓。

2.2 DS18B20測溫函數

DS18B20測溫函數包括啟動溫度轉換函數、讀寫數據函數和字符轉換函數。

InitDs18b20（）、WriteOneByte（）、ReadData（）、DataToString（）和 DisplayTEMP（）分別為啟動 DS18B20、寫命令/數據、讀出溫度（實測溫度/上下限溫度）、轉換為顯示字符以及顯示實測溫度/上限溫度。

2.3 菜單操作函數

菜單操作函數包括菜單/圖標顯示函數、鍵值獲取函數以及相應的跳轉函數。

InitMenu（）、ShowMenu（）、GetKeyValue（）和 GetUserChoose（）分別為初始化菜單（定義一個結構體，內含菜單項目數，函數指針和父/子菜單指針）、菜單界面顯示、判定/獲取鍵值函數（狀態(tài)機方式實現[1]，以提高系統(tǒng)運行效率）以及調用與鍵值相關函數。

3 實驗及結論

系統(tǒng)實際運行結果如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)實際運行

（1）圖 11（a）中的圖標 指向“時 間顯示”，按 下“確定”鍵（P23）后，即跳轉到時間顯示（圖 11（b））。 圖 11（b）中，陽歷日期的格式為年/月/日；數字時鐘的格式為小時：分鐘：秒；指針時鐘的圓心以屏幕坐標（0，0）為起點，坐標是（96，32），時鐘半徑為 31；秒/分/時針與實時數字時鐘對應；初始時間可通過程序設定；按 “返回”（P24）即可跳回菜單界面。

圖11（d）中，“29.07℃”代表實測溫度值；“S：25℃”代表設定的上限溫度值；溫度曲線中的實線為實測點繪制，虛線為上限溫度值，曲線直觀地反映了實時溫度變化情況。

圖11（f）中，被測信號為信號發(fā)生器輸出的方波，周期為 100 μs～1 000 μs， 幅值為+5 V；T 為周期，f為頻率；所繪方波為被測信號的示意波形，每刻度一個周期；所測周期誤差≤5 μs。

實驗表明，基于STC12C單片機的圖文菜單系統(tǒng)采用模塊設計，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)操作直觀、簡便，功能達到預期目標，為下一步開發(fā)多級菜單系統(tǒng)奠定了基礎。

[1]賈志成，程敏，宋濤，等.基于狀態(tài)機的 LCD多級菜單設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2012（2）：73-75.

[2]劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機的LED 顯示屏硬件設計[J].微型機與應用，2011，30（22）：24-27.

[3]陳桂友.增強型 8051單片機實用開發(fā)技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[4]孫明利，鮑健，張爍.單總線技術及 DS18B20的溫度測量實現[J].大氣與環(huán)境光學學報，2010，5（4）：322-326.

[5]黃明強.DS1302在單片機系統(tǒng)中的應用[J].保定師范?？茖W校學報，2004，17（2）：30-33.

[6]田開坤.基于LCD12864顯示器的數字示波器設計[J].電子制作，2011（5）：30-37.